石英加速度計(jì)用途數(shù)字閉環(huán)檢測(cè)電路噪聲研究

為了解決當(dāng)前數(shù)字閉環(huán)石英柔性加速度計(jì)（DCLA）測(cè)量精度及其理論極限精度存在一個(gè)數(shù)量級(jí)的問題，進(jìn)行DCLA閉環(huán)檢測(cè)電路噪聲分析。建立閉環(huán)系統(tǒng)誤差模型，采用逐級(jí)噪聲檢測(cè)方法構(gòu)建基于噪聲分離的開環(huán)噪聲測(cè)試平臺(tái)。確定差分電容檢測(cè)鏈路（C/V）是影響系統(tǒng)精度的主要因素。作為測(cè)量裝置的核心部件，加速度計(jì)的測(cè)量精度決定了整個(gè)測(cè)量裝置的性能指標(biāo)，目前現(xiàn)行的高精度重力儀均以高精度加速度計(jì)作為實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，測(cè)試改進(jìn)的測(cè)試原型的偏差穩(wěn)定性，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行Allan方差分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)的DCLA系統(tǒng)的準(zhǔn)確度從65.49μg提高到12.24μg，與理論精度基本一致。充分驗(yàn)證了理論分析方法的正確性，為進(jìn)一步完善和優(yōu)化數(shù)字閉環(huán)加速度計(jì)系統(tǒng)提供了指導(dǎo)和依據(jù)。

數(shù)字閉環(huán);石英加速度計(jì);檢測(cè)電路;噪聲分析。

石英加速度計(jì)用途具有精度高，長期穩(wěn)定，體積小，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。它在各種慣性導(dǎo)航，制導(dǎo)，測(cè)量和控制領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)的石英柔性加速度計(jì)一般采用模擬伺服電路，輸出為模擬信號(hào)。需要開環(huán)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路來為導(dǎo)航計(jì)算機(jī)提供數(shù)字信息，并且在轉(zhuǎn)換過程中不可避免地會(huì)發(fā)生精度損失并隨著時(shí)間累積。石英加速度計(jì)主要分為石英柔性加速度計(jì)和石英振動(dòng)梁加速度計(jì)，所有這些都是相對(duì)高精度的加速度計(jì)。目前，國內(nèi)學(xué)者對(duì)石英柔性加速度計(jì)的研究主要集中在儀表元件和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（I/F，V/F，A/D）的改進(jìn)上。盡管I/F和V/F方案可以實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換精度，但頻率測(cè)量芯片的使用決定了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換速率不快且成本高;對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換方案，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換精度受芯片數(shù)量的限制，特別是在信號(hào)較小的情況下，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換誤差較大?？梢钥闯?，模擬石英柔性加速度計(jì)對(duì)所用器件的依賴性很大，難以解決精度損失的問題。

本文提出的基于數(shù)字閉環(huán)方案的石英柔性加速度計(jì)可以直接輸出數(shù)字量。從理論上講，開環(huán)模數(shù)轉(zhuǎn)換不會(huì)造成精度損失，并且由于使用了模擬電流反饋，因此可以避免脈沖引起的增加。石英加速度計(jì)用途具有抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

石英加速度計(jì)用途結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

廊坊市航新儀器儀表有限公司石英撓性加速度計(jì)結(jié)構(gòu)軛鐵由溫度系數(shù)低，導(dǎo)磁性能好的軟磁材料組成。磁鋼采用導(dǎo)磁性能比較良好的AL-Ni-Co8永磁材料，用無心磨床加工。撓的材料為溫度性能的石英玻璃，外形采用超聲加工而成，撓性元件的加工一般采用化學(xué)腐蝕方法；也可以采用反應(yīng)離子蝕刻工藝加工整個(gè)撓，但造價(jià)很高。廊坊市航新儀器儀表有限公司石英撓性加速度計(jì)體積小，抗沖擊，可安裝于芯桿為1英寸的測(cè)斜儀上。用于石油鉆井的隨鉆的測(cè)斜系統(tǒng)和連續(xù)測(cè)斜系統(tǒng)中，并可廣泛用型飛行物中。2公里/秒）再入返回地球等關(guān)鍵階段和環(huán)節(jié)，在此過程中，速度控制都是關(guān)鍵因素，而精準(zhǔn)測(cè)量各個(gè)階段速度變化（即加速度）正是加速度計(jì)的“看家”本領(lǐng)。產(chǎn)品采用獨(dú)特的小型化設(shè)計(jì)和封裝工藝。產(chǎn)品輸出電流和所受到的力成線性輸出，用戶可以通過計(jì)算選取合適的采樣電阻，達(dá)到準(zhǔn)精度的輸出。并可根據(jù)用戶需求內(nèi)置溫度傳感器，用于對(duì)偏值和標(biāo)度因數(shù)的補(bǔ)償，減少溫度的影響。

我廠生產(chǎn)的石英加速度計(jì)用途產(chǎn)品可準(zhǔn)確測(cè)量物體的加速度、水平傾角、地平線傾角等參數(shù)， 我廠竭誠為廣大各界用戶開發(fā)可以觀測(cè)土石壩、堤防、巖土邊坡、建筑物基坑、地下建筑工程等土體內(nèi)部的水平變化的數(shù)字直讀式伺服加速度測(cè)斜儀和各種新型傳感器，還可提供測(cè)斜儀成套設(shè)備，根據(jù)不同場(chǎng)合的需要，對(duì)儀表進(jìn)行改進(jìn)與設(shè)計(jì)。業(yè)內(nèi)專業(yè)人士購買加速度傳感器、加速度計(jì)、耐高溫加速度計(jì)的不二廠家。廊坊市航新儀器儀表有限公司所研制的石英撓性加速度計(jì)包括五大系列(SNJ-6000、SNJ-4200、SNJ-1000、SNJ-5100、SZH)多種型號(hào)，年產(chǎn)量達(dá)萬只以上。重力場(chǎng)中的靜態(tài)翻滾試驗(yàn)在重力場(chǎng)＋ｌｇ范圍內(nèi)，用多點(diǎn)法翻滾試驗(yàn)的方法對(duì)加速度計(jì)輸入不同的加速度，讀取相應(yīng)的輸出值，可求得加速度計(jì)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型的系數(shù)及閾值和分辨率。產(chǎn)品性能可滿足各種精度等級(jí)需求。公司還具有齊備的配套電路、測(cè)試設(shè)備的研制能力，并已形成了石英撓性加速度計(jì)系統(tǒng)、加速度計(jì)組合、專/通用測(cè)試設(shè)備等產(chǎn)品。

如何才能正確選擇合適的加速度傳感器

基本的加速度傳感器類型

總的來說有兩類加速度傳感器：交流響應(yīng)加速度傳感器和直流響應(yīng)加速度傳感器。

作為交流響應(yīng)的加速度傳感器，正如它的名稱，它的輸出是交流耦合的。此類傳感器不能用來測(cè)試靜態(tài)的加速度，比如重力加速度和離心加速度。他們僅適合測(cè)量動(dòng)態(tài)事件。7．各種汽車、火車、輪船、飛機(jī)等運(yùn)載體的加速度測(cè)量和慣性運(yùn)動(dòng)記錄。而直流響應(yīng)的加速度傳感器，具有直流耦合輸出，能夠響應(yīng)低至0赫茲的加速度信號(hào)。因此直流響應(yīng)的加速度傳感器適合同時(shí)測(cè)試靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的加速度。并不是只有需要測(cè)試靜態(tài)加速度時(shí)才選擇直流響應(yīng)的加速度傳感器。

每種加速度傳感器技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)。在作出選擇之前，明確它們的區(qū)別和測(cè)試需求是非常重要的。重要的是，對(duì)于需要測(cè)量靜態(tài)加速度或低頻加速度（<1Hz）的應(yīng)用，或者需要用加速度計(jì)算速度和位移的應(yīng)用，需要選擇具有直流響應(yīng)的加速度傳感器。

廊坊市航新儀器儀表有限公司石英撓性加速度計(jì)已經(jīng)形成了系列化產(chǎn)品，石英加速度計(jì)用途產(chǎn)品類型從航天器微重力測(cè)量用的的μg級(jí)GJN-06A-I加速度計(jì)，到石油鉆井用低成本、抗惡劣環(huán)境型GJN-06K加速度計(jì)，多達(dá)十幾種，廣泛應(yīng)用于航天、航空、船舶、軍械、石油、巖土工程等諸多領(lǐng)域，為各類系統(tǒng)的導(dǎo)航、制導(dǎo)、控制、調(diào)平、監(jiān)測(cè)等提供信號(hào)?？梢钥闯觯M石英柔性加速度計(jì)對(duì)所用器件的依賴性很大，難以解決精度損失的問題。